DE19623742A1 - Device for displacement and / or position detection in a spindle drive - Google Patents

Device for displacement and / or position detection in a spindle drive

Info

Publication number
DE19623742A1
DE19623742A1 DE19623742A DE19623742A DE19623742A1 DE 19623742 A1 DE19623742 A1 DE 19623742A1 DE 19623742 A DE19623742 A DE 19623742A DE 19623742 A DE19623742 A DE 19623742A DE 19623742 A1 DE19623742 A1 DE 19623742A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
spindle
displacement
magnetic field
profile
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19623742A
Other languages
German (de)
Inventor
Manfred Wittenstein
Hans-Hermann Spohr
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wittenstein Motion Control GmbH
Original Assignee
Wittenstein Motion Control GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wittenstein Motion Control GmbH filed Critical Wittenstein Motion Control GmbH
Priority to DE19623742A priority Critical patent/DE19623742A1/en
Priority to PCT/DE1997/001185 priority patent/WO1997047949A1/en
Priority to AT97928119T priority patent/ATE190716T1/en
Priority to EP97928119A priority patent/EP0885375B1/en
Priority to DE59701256T priority patent/DE59701256D1/en
Priority to US09/202,389 priority patent/US6218829B1/en
Publication of DE19623742A1 publication Critical patent/DE19623742A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/003Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring position, not involving coordinate determination
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H25/00Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20Screw mechanisms
    • F16H25/22Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members
    • F16H25/2247Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with rollers
    • F16H25/2252Planetary rollers between nut and screw

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

A device for detecting the travel and/or position of a non-rotating moving part of a linear drive is to be compact and accurate. To this end, the device takes the form of a magnetoresistive sensor inside a magnetic field influenced by the moving part.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verschiebeweg­ und/oder Positionserfassung bei einem Spindeltrieb nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for displacement and / or position detection in a spindle drive after Preamble of claim 1.

Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, eine solche Einrichtung bei hoher Anzeigegenauigkeit möglichst klein auszubilden. Eine kleine Ausbildung soll es ermöglichen, diese Einrichtung in vorhandene Teile des Spindeltriebs zu integrieren.The invention addresses the problem of such a problem Set up as small as possible with high display accuracy to train. A small education should make it possible this facility into existing parts of the spindle drive integrate.

Eine Lösung hier zu zeigt das kennzeichnende Merkmal des An­ spruchs 1 auf.A solution to this shows the characteristic of the An say 1.

Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprü­ che. Anhand eines Ausführungsbeispieles werden diese noch näher erläutert werden.Appropriate configurations are the subject of the subclaims che. Using an exemplary embodiment, these are still are explained in more detail.

Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, bei einem Spindel­ trieb zur Messung des Verschiebeweges und der Verschiebepo­ sition des Verschiebeteiles dieses Triebes insbesondere das an dem Verschiebeteil vorhandene Antriebsprofil bei einem Magnetsensor zur Magnetfeldveränderung zu benutzen und diese Magnetfeldveränderung zur Bestimmung des Verschiebeweges und der absoluten verschobenen Position auszuwerten. Das An­ triebsprofil des beispielsweise als Spindel ausgebildeten Verschiebeteils ist dabei entweder ein Gewinde oder eine Rillierung mit gleichen Rillenabständen. Das Rillen- bzw. Gewindeprofil sollte insbesondere derart sein, daß in Längs­ richtung möglichst in allen Bereichen gegenüber der Ver­ schiebe-Längsachse geneigte Profilflächen unter Ausschluß einer Neigung von 90° vorhanden sind. Anderenfalls leidet die Meßgenauigkeit. Ideal für die erfindungsgemäße Einrich­ tung ist beispielsweise ein Gewinde mit einem etwa dreiecki­ gen Gewindeprofilquerschnitt bei direkter Aneinanderreihung der Profildreiecke in Verschiebe-Längsrichtung.The invention is based on the idea of a spindle urged to measure the displacement and the displacement po  sition of the sliding part of this drive especially that on the sliding part existing drive profile at one Magnetic sensor to change the magnetic field and use it Magnetic field change to determine the displacement and evaluate the absolute shifted position. The To drive profile of, for example, a spindle Sliding part is either a thread or a Grooving with the same groove spacing. The grooved or Thread profile should in particular be such that in longitudinal direction in all areas towards the Ver sliding longitudinal axis inclined profile surfaces under exclusion are at an incline of 90 °. Otherwise suffers the measurement accuracy. Ideal for the Einrich invention For example, a thread with an approximately triangular shape cross-section of the thread profile in a direct sequence the profile triangles in the longitudinal direction.

Bei einem relativ feinen Antriebsprofil eines Verschiebetei­ les, das heißt beispielsweise bei einem feinen Gewindepro­ fil, mit dem sich bei hohen Übersetzungsverhältnissen gerin­ ge Verschiebewege erzielen lassen, wird für eine genaue Ver­ schiebewegmessung und Auswertung ein empfindlicher Magnet­ feldsensor benötigt. Als ein solcher kann ein an sich be­ kannter magnetoresistiver Sensor in recht vorteilhafter Wei­ se eingesetzt werden. With a relatively fine drive profile of a sliding part les, that means for example with a fine thread pro fil, with which to cope with high gear ratios To achieve ge displacement, is for an accurate Ver sliding travel measurement and evaluation a sensitive magnet field sensor required. As such, one can be known magnetoresistive sensor in a very advantageous white se can be used.  

Ein solcher Sensor wird in ein Magnetfeld eingesetzt, dessen Ausbildung unter anderem von der Lage des Verschiebeteiles abhängig ist. Hierzu ist der Sensor derart auf die Oberflä­ che des Antriebsprofiles, beispielsweise ein Feingewinde der Spindel des Spindeltriebs ausgerichtet, daß ein Verschieben der Gewindeprofilflanken durch das Magnetfeld eine elektro­ nische Erfassung und Abbildung der erfolgten Verschiebung ermöglicht. Elektronische Erfassung und Abbildung der Ver­ schiebung des Antriebsprofils der Spindel bedeutet, daß die an dem Sensor vorbeigeschobenen Spitzen und Täler des An­ triebsprofils der Spindel entsprechend erfaßt und ausgewer­ tet werden. Der Verschiebeweg der Spindel kann damit einfach festgehalten werden. Darüber hinaus ist aber auch recht ein­ fach eine absolute Positionsbestimmung des Verschiebeteiles möglich.Such a sensor is used in a magnetic field, the Training among other things from the position of the sliding part is dependent. For this purpose, the sensor is placed on the surface che of the drive profile, for example a fine thread Spindle of the spindle drive aligned that shifting the thread profile flanks an electro African recording and mapping of the shift enables. Electronic recording and mapping of ver shifting the drive profile of the spindle means that the peaks and valleys of the An pushed past the sensor drive profile of the spindle recorded and evaluated accordingly be tested. This makes it easy to move the spindle be held. Beyond that, however, is also quite a fold an absolute position determination of the sliding part possible.

Im einfachsten Fall wird ausgehend von einer Nullposition der Spindel als Verschiebeteil jeweils inkremental die Ver­ schiebung ermittelt, gezählt und in einem elektronischen Speicher festgehalten. Auf diese Weise ist jeweils die abso­ lute Verschiebeposition feststellbar.In the simplest case, starting from a zero position the spindle as a sliding part of the Ver shift determined, counted and in an electronic Memory held. In this way, the abso lute shift position noticeable.

Eine weitere Möglichkeit zur erfindungsgemäßen Erfassung der absoluten Verschiebeposition des Verschiebeteiles gibt der Anspruch 5 an. Hierauf wird bei der Beschreibung eines Aus­ führungsbeispieles noch näher eingegangen werden. Another possibility for the detection of the invention absolute displacement position of the sliding part gives the Claim 5. This is when describing an off example will be discussed in more detail.  

Wird der Spindeltrieb über einen elektrischen Servomotor, der ein bürstenloser permanentmagneterregter Servomotor ist, angetrieben, so kann bei einem sehr spielarmen Spindeltrieb der zur Weg- und Positionsmessung eingesetzte Magnetfeldsen­ sor gleichzeitig zur Kommutierung dieses Motors eingesetzt werden.If the spindle drive is driven by an electric servo motor, which is a brushless permanent magnet excited servo motor, driven, so can with a very low backlash spindle drive the magnetic fields used for distance and position measurement sensor was also used to commutate this motor will.

Im übrigen können die mit der erfindungsgemäßen Weg- und/oder Positionserfassungseinrichtung ermittelten Werte zur Steuerung und Regelung des Spindelantriebes, der insbe­ sondere ein Elektromotor ist, herangezogen werden.Otherwise, the path with the inventive and / or values determined by the position detection device to control and regulate the spindle drive, esp special is an electric motor can be used.

Magnetoresistive Magnetfeldsensoren als magnetoresistive Längenmeßelemente einzusetzen, ist an sich bekannt. Hierzu wird beispielsweise auf folgende Literaturstellen verwiesen: "in Nanometerschritten", Konstruktion & Elektronik, Nr. 26/27 vom 16. 12. 1992, Seite 8; digitale Längen- und Winkel­ meßtechnik", verlag moderne industrie, 2. Auflage 1991; F. Dettmann, U. Loreit "Positionsmessung mit magnetoresisitven Sensoren" Symposium magnetoresistive Sensoren 25. 06. 92 in Dortmund.Magnetoresistive magnetic field sensors as magnetoresistive Using length measuring elements is known per se. For this For example, reference is made to the following references: "in nanometer steps", construction & electronics, no. 26/27, Dec. 16, 1992, page 8; digital lengths and angles measurement technology ", modern industry publisher, 2nd edition 1991; F. Dettmann, U. Loreit "Position measurement with magnetoresistive Sensors "Symposium magnetoresistive sensors 06/25/92 in Dortmund.

Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Erläuterungsdiagram­ men zu der elektronischen Meßwerterfassung und Auswertung sind in der Zeichnung dargestellt.Embodiments of the invention with explanatory diagram men for the electronic data acquisition and evaluation are shown in the drawing.

Es zeigenShow it

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Planeten-Rollspindeltriebs, Fig. 1 is a schematic sectional view of a planetary roller spindle drive,

Fig. 2 die Anordnung eines Magnetfeldsensors mit Bezug auf das Profil einer Spindel mit qualitativer Darstel­ lung des Magnetfeldes, Fig. 2 shows the arrangement of a magnetic field sensor with respect to the profile of a spindle with qualitative depicting development of the magnetic field,

Fig. 3 ein Diagramm mit einer elektronischen Abbildung der Abstände der Profilspitzen einer längsverschobenen Spindel, Fig. 3 is a diagram of an electronic image of the distances between the tips of a profile shifted along the spindle,

Fig. 4 die Anordnung von zwei Magnetfeldsensoren mit Bezug auf eine durch eine Mitnehmer-Spindel verlängerte Spindel mit unterschiedlichen Steigungen beider Spindeln, Fig. 4 shows the arrangement of two magnetic field sensors with respect to a prolonged by a driver spindle spindle with different slopes of both spindles,

Fig. 5 ein Diagramm mit den elektronischen Abbildungen der Abstände der Profilspitzen der eigentlichen Spindel einerseits und der Mitnehmer-Spindel andererseits. Fig. 5 is a diagram with the electronic images of the distances between the profile tips of the actual spindle on the one hand and the driver spindle on the other.

Der Spindeltrieb ist ein Planeten-Rollspindeltrieb wie ein solcher beispielsweise aus EP 0 320 621 B1 bekannt ist. Im einzelnen besteht er aus einer Gewindespindelstange 1, die von einer ortsfest gelagerten Spindelmutter 2 über zwischen­ geschaltete Planetenrollen 3 angetrieben wird. Die Spindel­ stange 1 ist mit einem Feingewinde versehen. Die Spindelmut­ ter 2 besitzt eine grobe Rillierung. Die Planetenrollen 3 besitzen überlappend eine feine in das Gewinde der Spindel­ stange 1 eingreifende Rillierung sowie eine grobe in die Spindelmutter 2 eingreifende Rillierung. Die Spindelstange 1 ist drehfest gelagert und führt somit bei angetriebener Spindelmutter 2 eine Linearbewegung aus. Die Spindelmutter 2 ist Bestandteil des Rotors eines in den Spindeltrieb inte­ grierten elektrischen AC-Servomotors, der ein bürstenloser permanentmagneterregter Servomotor 4 ist.The spindle drive is a planetary roller spindle drive such as is known, for example, from EP 0 320 621 B1. Specifically, it consists of a threaded spindle rod 1 , which is driven by a stationary spindle nut 2 via planetary rollers 3 connected between. The spindle rod 1 is provided with a fine thread. The spindle nut ter 2 has a rough grooving. The planetary rollers 3 have overlapping a fine groove 1 engaging in the thread of the spindle rod and a coarse groove engaging in the spindle nut 2 . The spindle rod 1 is rotatably mounted and thus executes a linear movement when the spindle nut 2 is driven. The spindle nut 2 is part of the rotor of an integrated in the spindle drive integrated electric AC servo motor, which is a brushless permanent magnet excited servo motor 4 .

Zur Erfassung des Verschiebeweges der Spindelstange 1 ist ein radial auf diese gerichteter magnetoresistiver Sensor 5 vorgesehen. Den speziellen Aufbau dieses Sensors 5 und des­ sen Anordnung mit Bezug auf die Spindelstange 1 lassen sich der Fig. 2 entnehmen.A radially directed magnetoresistive sensor 5 is provided to detect the displacement path of the spindle rod 1 . The special structure of this sensor 5 and its arrangement with reference to the spindle rod 1 can be seen in FIG. 2.

Danach besteht der Sensor 5 aus einem Permanentmagnet 6, der mittels Klebstoff 7 an einem plattenförmigen Trägersubstrat 8 befestigt ist, sowie einer magnetoresistiven Sensoraktiv­ schicht 9. Die Sensoraktivschicht 9 ist auf der der Spindel­ stange 1 zugewandten Seite des plattenförmigen Träger­ substrats 8 angebracht, während sich der Permanentmagnet 6 auf der gegenüberliegenden Seite befindet. Das plattenförmi­ ge Trägersubstrat 8 verläuft etwa parallel zur Achse der Spindelstange 1. Die Polachse des Permanentmagneten 6 ist in einem stumpfen Winkel gegenüber der Achse der Spindelstange 8 geneigt. Der Nord- und Südpol des Permanentmagneten 6 ist mit N bzw. S angegeben. Unter Einbeziehung des Gewindepro­ fils der aus magnetisierbarem Material bestehenden Spindel­ stange 1 erzeugt der Permanentmagnet 6 ein Magnetfeld 10. Dieses Magnetfeld 10 ist durch die eingetragenen kreisförmig verlaufenden Feldlinien qualitativ angedeutet. Die Verschie­ berichtung der Spindelstange 1 ist mit einem Doppelpfeil V angegeben. Der Abstand zweier aufeinanderfolgender Profil­ spitzen der Gewindestange 1 ist als L definiert.Thereafter, the sensor 5 consists of a permanent magnet 6 , which is attached by means of adhesive 7 to a plate-shaped carrier substrate 8 , and a magnetoresistive sensor active layer 9 . The active sensor layer 9 is attached to the rod 1 facing the side of the plate-shaped carrier substrate 8 , while the permanent magnet 6 is on the opposite side. The plate-shaped carrier substrate 8 runs approximately parallel to the axis of the spindle rod 1 . The pole axis of the permanent magnet 6 is inclined at an obtuse angle with respect to the axis of the spindle rod 8 . The north and south poles of the permanent magnet 6 are indicated with N and S, respectively. Including the threaded profile of the spindle 1 made of magnetizable material, the permanent magnet 6 generates a magnetic field 10 . This magnetic field 10 is indicated qualitatively by the circular field lines entered. The displacement direction of the spindle rod 1 is indicated by a double arrow V. The distance between two successive profile tips of the threaded rod 1 is defined as L.

Bei einem Durchlaufen des Magnetfeldes 10 des ortsfest ange­ brachten Sensors 5 erzeugt die verdrehungsfrei gelagerte Spindelstange 1 eine Art elektronische Abbildung der Abstän­ de der Gewindeprofilspitzen entsprechend der Darstellung in dem Diagramm der Fig. 3. Dort geben s den Verschiebeweg der Spindelstange 1 und U die elektrische Spannung einer an den magnetoresistiven Sensor 5 angeschlossenen Auswerteelektro­ nik an. Bei der Auswertung der Meßsignale wird eine arc-tan-Interpolation vorgenommen.When running through the magnetic field 10 of the fixed sensor 5 , the torsionally mounted spindle rod 1 generates a kind of electronic image of the distances of the thread profile tips as shown in the diagram in FIG. 3. There s the displacement of the spindle rod 1 and U give the electrical Voltage connected to the magnetoresistive sensor 5 evaluation electronics. Arc-tan interpolation is carried out when evaluating the measurement signals.

Wie eine solche elektronische Abbildung mit einem magnetore­ sistiven Sensor 5 im einzelnen praktisch erzeugt werden kann, ist Stand der Technik, weshalb hierauf an dieser Stel­ len nicht näher eingegangen werden muß. Auf die weiter oben bereits angegebenen Literaturbeispiele wird hier nochmals ausdrücklich verwiesen.How such an electronic image with a magnetoresistive sensor 5 can be practically generated in detail is state of the art, which is why there is no need to go into this at this point. Reference is once again made expressly to the literature examples already given above.

Durch Ausgehen von einer Nullposition der Spindelstange 1 und stetem Zählen der Gewindespitzen und -täler, die bei ei­ nem Verschieben der Spindelstange 1 längs des Sensors 5 elektronisch abgebildet werden (Inkrementalverfahren), läßt sich mit Hilfe eines elektronischen Speichers nicht nur der jeweilige relative Verschiebeweg der Spindelstange 1, son­ dern auch deren absolute Axial-Position erfassen und ange­ ben.By assuming a zero position of the spindle rod 1 and counting the thread peaks and troughs, which are electronically mapped when the spindle rod 1 is moved along the sensor 5 (incremental method), not only the relative displacement path of the respective one can be adjusted with the help of an electronic memory Spindle rod 1 , son also detect their absolute axial position and be ben.

Eine andere Art einer absoluten axialen Positionsmessung der Spindelstange 1 besteht in einem Einsatz von jeweils zwei magnetoresistiven Sensoren. Davon ist einer dem Gewindepro­ fil der Spindelstange 1 über ein Magnetfeld zugeordnet und auf die Steigung dieses Gewindeprofiles abgestimmt. Der zweite Sensor ist als Zusatzsensor 11 ebenfalls über ein Ma­ gnetfeld einem fest mit der Spindelstange 1 verbundenen Mit­ nehmer mit einem Gewinde mit einer von der Spindelstange 1 abweichenden Steigung zugeordnet.Another type of absolute axial position measurement of the spindle rod 1 consists in the use of two magnetoresistive sensors in each case. One of which is assigned to the thread profile of the spindle rod 1 via a magnetic field and is matched to the pitch of this thread profile. The second sensor is also assigned as an additional sensor 11 via a magnetic field to a fixed member connected to the spindle rod 1 with a thread having a pitch that deviates from the spindle rod 1 .

Ein Ausführungsbeispiel hierzu zeigt Fig. 4, in der der Mit­ nehmer eine axiale Verlängerung in der Form einer Mitnehmer-Spindel 12 ist. Diese Mitnehmer-Spindel 12 kann ein einstückiger Bestandteil der Spindelstange 1 sein und sich von die­ ser lediglich durch eine geringfügig abweichende Steigung unterscheiden. Die unterschiedlichen Steigungen sind in Fig. 4 mit D₀ = L bei der Spindelstange 1 und mit D₁ = 1,2 L bei der Mitnehmer-Spindel 12 eingetragen.An embodiment of this is shown in Fig. 4, in which the slave is an axial extension in the form of a driver spindle 12 . This driver spindle 12 can be an integral part of the spindle rod 1 and differ from the water only by a slightly different slope. The different gradients are entered in Fig. 4 with D₀ = L for the spindle rod 1 and with D₁ = 1.2 L for the driving spindle 12 .

Durch Überlagerung der jeweils ermittelten elektronischen Abbildungen der Verschiebewege läßt sich eine absolute Posi­ tion der Spindelstange 1 über eine bestimmte Verschiebe­ weglänge D ermitteln. Zur Erklärung wird auf die elektroni­ schen Abbildungen der über die beiden Sensoren 5 und 11 er­ mittelten elektronisch ausgewerteten Meßwertkurven und deren Überlagerung gemäß der Darstellung in Fig. 5 verwiesen. Dort sind die elektronischen Auswertekurven der beiden Sensoren 5 und 11 in einem der Fig. 4 entsprechenden Weg (s)-Spannungs(U)-Diagramm eingetragen. Bei einer Steigung von D₁ = 1,2 L = 1,2 D₀ der Mitnehmer-Spindel 12 gegenüber D₀ = L der Spindelstange 1 stellt sich erst nach einem Verschiebe­ weg der Spindelstange 1 von D = 6 L eine deckungsgleiche Signalauswertung bezüglich der Meßsignale aus den beiden Sensoren 5 und 11 ein. Dies bedeutet, daß innerhalb des Be­ reiches D bei einem Überlagern der Signalauswertungen beider Sensoren 5, 11 jedem zurückgelegten Verschiebeweg ein ein­ deutiger Wert zugeordnet werden kann. Der Bereich D, inner­ halb dessen dies möglich ist, errechnet sich aus D = D₀ + [D₀ : (D₁ - D₀)]. Daraus ergibt sich, daß der Wert von D mit ver­ ringerter Differenz von D₁ und D₀ zunimmt. Bei einer kleinen Steigungsdifferenz bei den beiden Spindeln 1 und 12 kann so­ mit ein relativ großer Bereich D erzielt werden, innerhalb dessen absolut definierte Spindelpositionen direkt erfaßbar sind.By overlaying the respectively determined electronic images of the displacement paths, an absolute position of the spindle rod 1 can be determined via a specific displacement path length D. For explanation, reference is made to the electronic illustrations of the electronically evaluated measured value curves determined by the two sensors 5 and 11 and their superimposition as shown in FIG. 5. There, the electronic evaluation curves of the two sensors 5 and 11 are entered in a path (s) -voltage (U) diagram corresponding to FIG. 4. At a slope of D₁ = 1.2 L = 1.2 D₀ of the driver spindle 12 relative to D₀ = L of the spindle rod 1 is only reached after a displacement path of the spindle rod 1 of D = 6 L a congruent signal evaluation with respect to the measurement signals from the two sensors 5 and 11 . This means that a clear value can be assigned to each displacement path within the loading range D when the signal evaluations of both sensors 5 , 11 are superimposed. The area D within which this is possible is calculated from D = D₀ + [D₀: (D₁ - D₀)]. It follows that the value of D increases with a reduced difference between D₁ and D₀. With a small pitch difference in the two spindles 1 and 12 , a relatively large area D can be achieved within which absolutely defined spindle positions can be directly detected.

Bei einem praktisch spielfreien Spindeltrieb kann der magne­ toresistive Sensor 5 unter anderem auch zur Kommutierung des Servomotors 4 verwendet werden. Hierdurch kann ein sonst für die Kommutierung erforderlicher Sensor eingespart werden. Da der magnetoresistive Sensor sehr klein ausführbar ist, kann er innerhalb des Spindeltriebes direkt an bzw. innerhalb des Servomotors 4 eingebaut sein. Ein erfindungsgemäßer magneto­ resistiver Sensor 5 mißt in allen Richtungen nur wenige Mil­ limeter und zwar einschließlich des in der Regel mit diesem direkt verbundenen Permanentmagneten.With a practically backlash-free spindle drive, the magnetoresistive sensor 5 can also be used for commutation of the servo motor 4 , among other things. This can save a sensor that is otherwise required for commutation. Since the magnetoresistive sensor can be made very small, it can be installed directly on or within the servo motor 4 within the spindle drive. A magneto-resistive sensor 5 according to the invention measures only a few milimeters in all directions, including the permanent magnet generally directly connected to it.

Mit den Meßsignalen des Sensors 5 kann der Spindeltrieb elektronisch gesteuert und geregelt werden.The spindle drive can be electronically controlled and regulated using the measurement signals from sensor 5 .

Claims (8)

1. Einrichtung zur Erfassung des Verschiebeweges und/oder der Verschiebeposition eines verdrehungsfrei bewegten magne­ tisierbaren Verschiebeteils eines aus einer Spindel und ei­ ner Spindelmutter bestehenden Spindeltriebs, gekennzeichnet durch die Ausbildung als Magnetfeld-Sensor (5) innerhalb eines von dem Verschiebeteil (1) beeinflußten Magnetfeldes.1. A device for detecting the displacement path and / or the displacement position of a non-rotatable magnetizable displacement part of a spindle drive consisting of a spindle and a spindle nut, characterized by the formation as a magnetic field sensor ( 5 ) within a magnetic field influenced by the displacement part ( 1 ) . 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeld-Sensor ein magnetoresistiver Sensor (5) ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the magnetic field sensor is a magnetoresistive sensor ( 5 ). 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerterfassung und Auswertung des Sensors (5) auf das Antriebsprofil des Verschiebeteils (Gewindeprofil einer Gewinde-Spindelstange (1)) abgestimmt sind.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the measured value acquisition and evaluation of the sensor ( 5 ) are matched to the drive profile of the sliding part (thread profile of a threaded spindle rod ( 1 )). 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß diese an ein elektronisches Zählwerk zur Ermittlung der Position des Verschiebeteiles (1) angeschlossen ist.4. Device according to claim 3, characterized in that it is connected to an electronic counter for determining the position of the sliding part ( 1 ). 5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Einrichtung mindestens zwei Magnetfeld-Sensoren (5) umfaßt, von denen einer auf das tatsächliche Antrieb­ sprofil des Verschiebeteiles (1) abgestimmt und der wenig­ stens eine andere Magnetfeld-Sensor (5) einem mit einer ab­ weichenden Profilierung versehenen, mit dem Verschiebeteil (1) fest verbundenen Mitnehmer (Mitnehmer-Spindel 12) über ein mit diesem aktiv zusammenwirkendes Magnetfeld zugeordnet ist.5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that this device comprises at least two magnetic field sensors ( 5 ), one of which is matched to the actual drive profile of the sliding part ( 1 ) and the least another magnetic field sensor ( 5th ) is assigned a driver (driver spindle 12 ), which is provided with a profile that deviates and is firmly connected to the sliding part ( 1 ), via a magnetic field that actively interacts with it. 6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsprofil des Verschiebeteiles (1) das Profil eines Gewindes ist.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the drive profile of the sliding part ( 1 ) is the profile of a thread. 7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Einrichtung bei einem von einem elektrischen Ser­ vomotor (4) über eine Spindelmutter (2) angetriebenen Spin­ deltrieb Kommutierungssignale für diesen Servomotor (4) er­ zeugt.7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that this device is driven by an electric motor from the motor ( 4 ) via a spindle nut ( 2 ) driven spin deltrieb commutation signals for this servo motor ( 4 ). 8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit dieser Einrichtung ein das Verschieben des Verschie­ beteils (1) verursachender Antrieb steuer- bzw. regelbar ist.8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that with this device, a displacement of the displacement participating ( 1 ) causing drive is controllable.
DE19623742A 1996-06-14 1996-06-14 Device for displacement and / or position detection in a spindle drive Withdrawn DE19623742A1 (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19623742A DE19623742A1 (en) 1996-06-14 1996-06-14 Device for displacement and / or position detection in a spindle drive
PCT/DE1997/001185 WO1997047949A1 (en) 1996-06-14 1997-06-12 Device for travel and/or position detection in a linear drive
AT97928119T ATE190716T1 (en) 1996-06-14 1997-06-12 LINEAR DRIVE WITH MAGNETORESISTIVE SENSORS
EP97928119A EP0885375B1 (en) 1996-06-14 1997-06-12 Linear drive with magnetoresistive sensors
DE59701256T DE59701256D1 (en) 1996-06-14 1997-06-12 Linear drive with magnetoresistive sensors
US09/202,389 US6218829B1 (en) 1996-06-14 1997-06-12 Linear drive having a device for registering the displacement travel and/or position

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19623742A DE19623742A1 (en) 1996-06-14 1996-06-14 Device for displacement and / or position detection in a spindle drive

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE19623742A1 true DE19623742A1 (en) 1997-12-18

Family

ID=7796939

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19623742A Withdrawn DE19623742A1 (en) 1996-06-14 1996-06-14 Device for displacement and / or position detection in a spindle drive
DE59701256T Expired - Fee Related DE59701256D1 (en) 1996-06-14 1997-06-12 Linear drive with magnetoresistive sensors

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE59701256T Expired - Fee Related DE59701256D1 (en) 1996-06-14 1997-06-12 Linear drive with magnetoresistive sensors

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6218829B1 (en)
EP (1) EP0885375B1 (en)
AT (1) ATE190716T1 (en)
DE (2) DE19623742A1 (en)
WO (1) WO1997047949A1 (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE20008931U1 (en) * 2000-05-19 2001-06-28 Siemens Ag Positioner, in particular for a valve actuated by a drive, with an intrinsically safe structure
DE10016636A1 (en) * 2000-04-04 2001-10-18 Siemens Ag Positioner, in particular for a valve which can be actuated by a drive
DE10164580C1 (en) * 2001-12-28 2003-04-17 Esw Extel Systems Wedel Ges Fu Length detection device for electromechanical linear drive, uses linear sensor with measuring rod and cooperating position source attached to drive spindle
DE10239657B3 (en) * 2002-08-26 2004-04-01 Thyssenkrupp Automotive Ag Electrically-operated torque actuator for split stabilizer for automobile axle, uses annular electric motor and rotary gearing enclosing end of one half of split stabilizer
DE10021368B4 (en) * 2000-05-02 2006-12-14 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Mechatronic actuator
DE102005039559A1 (en) * 2005-08-22 2007-03-01 Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH Electromechanical controller for motor vehicle transmission, has planetary roller spindle drive converting rotary movement of motor into linear movement of control unit, where drive comprises spindle rod, spindle nut, and planetary rollers
DE102009040606A1 (en) * 2009-09-08 2011-03-17 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Planetary roller drive has threaded spindle having an outer profile, spindle nut having inner profile and roller body arranged between outer profile and inner profile
WO2018036582A1 (en) * 2016-08-25 2018-03-01 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Motor vehicle actuator having a high-resolution absolute sensor
DE102018209820A1 (en) * 2018-06-18 2019-12-19 Zf Friedrichshafen Ag Spindle for an actuator of a steer-by-wire steering and steer-by-wire steering

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6097183A (en) * 1998-04-14 2000-08-01 Honeywell International Inc. Position detection apparatus with correction for non-linear sensor regions
US6577123B2 (en) * 2001-06-04 2003-06-10 Delphi Technologies, Inc. Linear position sensor assembly
DE202005011361U1 (en) * 2005-07-19 2006-11-23 Woelke Magnetbandtechnik Gmbh & Co Kg Magnetic field sensitive sensor
US7521922B2 (en) * 2006-11-07 2009-04-21 Key Safety Systems, Inc. Linear position sensor
WO2009134529A2 (en) * 2008-03-12 2009-11-05 Borgwarner Inc. Continuously variable belt drive system
US8258779B2 (en) * 2008-11-26 2012-09-04 Deere & Company Transmission shift rail position sensor
US7977935B2 (en) * 2009-06-04 2011-07-12 Key Safety Systems, Inc. Temperature tolerant magnetic linear displacement sensor
DE102013210543A1 (en) 2013-06-06 2014-04-30 Siemens Aktiengesellschaft Arrangement for determining e.g. shift position of diaphragm element of collimator of X-ray imaging apparatus, has detecting unit connected with coding mark unit, and mark elements individually formed and distinguishable from each other
CN105793614B (en) * 2013-12-06 2019-11-29 舍弗勒技术股份两合公司 Actuator with planetary roller screw (PWG)
JP2017067480A (en) 2015-09-28 2017-04-06 メレキシス テクノロジーズ エヌ ヴィ Displacement detector and stepless gearbox
ES2688046T3 (en) * 2016-04-22 2018-10-30 Siemens Aktiengesellschaft Procedure, linear drive and installation

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3935261A1 (en) * 1988-10-24 1990-05-03 Eaton Corp MULTIPLE ROTATION SHAFT POSITION SENSOR WITH GAME COMPENSATION
DE4210934C1 (en) * 1992-04-02 1993-07-15 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart, De

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1262621B (en) 1959-02-26 1968-03-07 Contraves Ag Electromechanical device for determining the current relative position of two machine parts that can be moved against one another
JPS5746670A (en) * 1980-09-04 1982-03-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd Brushless linear servo motor
JPS5988612A (en) * 1982-11-15 1984-05-22 Toshiba Mach Co Ltd Method and apparatus for detecting absolute position
EP0151002B1 (en) * 1984-01-25 1991-08-28 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Magnetic detector
DE3507497C1 (en) * 1985-03-02 1986-07-31 PROMA Produkt- und Marketing-Gesellschaft mbH, 7310 Plochingen Mechanical linear drive unit
GB2205406A (en) * 1987-06-04 1988-12-07 Spectrol Reliance Ltd Encoder apparatus
JPH0262454A (en) 1988-08-26 1990-03-02 Kuroda Precision Ind Ltd Feed screw device and scale recording method for screw shaft thereof
CH679841A5 (en) * 1989-10-11 1992-04-30 Porta Srl
US5315244A (en) * 1989-11-17 1994-05-24 Visi-Trak Corporation Magnetic sensor with laminated field concentrating flux bar
JP3029657B2 (en) * 1990-09-28 2000-04-04 カヤバ工業株式会社 Position detection device
JP3368681B2 (en) * 1994-09-13 2003-01-20 株式会社デンソー Magnetic detector

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3935261A1 (en) * 1988-10-24 1990-05-03 Eaton Corp MULTIPLE ROTATION SHAFT POSITION SENSOR WITH GAME COMPENSATION
DE4210934C1 (en) * 1992-04-02 1993-07-15 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart, De

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP 2-62454 A.,In: Patents Abstracts of Japan, M-976,May 21,1990,Vol.14,No.237 *

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6695282B2 (en) 2000-04-04 2004-02-24 Siemens Aktiengesellschaft Positioner for a valve that can be actuated by a drive
DE10016636A1 (en) * 2000-04-04 2001-10-18 Siemens Ag Positioner, in particular for a valve which can be actuated by a drive
DE10021368B4 (en) * 2000-05-02 2006-12-14 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Mechatronic actuator
US6655652B2 (en) 2000-05-19 2003-12-02 Siemens Aktiengesellschaft Position controller for a drive-actuated valve having inherent safety design
DE20008931U1 (en) * 2000-05-19 2001-06-28 Siemens Ag Positioner, in particular for a valve actuated by a drive, with an intrinsically safe structure
DE10164580C1 (en) * 2001-12-28 2003-04-17 Esw Extel Systems Wedel Ges Fu Length detection device for electromechanical linear drive, uses linear sensor with measuring rod and cooperating position source attached to drive spindle
DE10239657B3 (en) * 2002-08-26 2004-04-01 Thyssenkrupp Automotive Ag Electrically-operated torque actuator for split stabilizer for automobile axle, uses annular electric motor and rotary gearing enclosing end of one half of split stabilizer
DE102005039559A1 (en) * 2005-08-22 2007-03-01 Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH Electromechanical controller for motor vehicle transmission, has planetary roller spindle drive converting rotary movement of motor into linear movement of control unit, where drive comprises spindle rod, spindle nut, and planetary rollers
DE102005039559B4 (en) * 2005-08-22 2020-03-05 Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH Electromechanical transmission control
DE102009040606A1 (en) * 2009-09-08 2011-03-17 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Planetary roller drive has threaded spindle having an outer profile, spindle nut having inner profile and roller body arranged between outer profile and inner profile
DE102009040606B4 (en) * 2009-09-08 2015-08-13 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Planetenwälzgetriebe
WO2018036582A1 (en) * 2016-08-25 2018-03-01 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Motor vehicle actuator having a high-resolution absolute sensor
DE102018209820A1 (en) * 2018-06-18 2019-12-19 Zf Friedrichshafen Ag Spindle for an actuator of a steer-by-wire steering and steer-by-wire steering

Also Published As

Publication number Publication date
US6218829B1 (en) 2001-04-17
ATE190716T1 (en) 2000-04-15
WO1997047949A1 (en) 1997-12-18
EP0885375A1 (en) 1998-12-23
DE59701256D1 (en) 2000-04-20
EP0885375B1 (en) 2000-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0885375B1 (en) Linear drive with magnetoresistive sensors
EP1503182B1 (en) Magnetic rotation sensor
AT510377B1 (en) METHOD AND EMBODIMENTS FOR THE ABSOLUTE POSITION DETERMINATION BY MEANS OF TWO HALL SENSORS
EP1797399B1 (en) Magnetic absolute position sensor featuring a variable length of the individual encoding segments
EP3563116A1 (en) Path sensor
EP1202025B1 (en) Angle measuring device
WO2013004539A2 (en) Method and device for measuring the absolute angle of rotation
DE4129576C2 (en) Magnetic measuring system for measuring the angle of rotation
DE4228719A1 (en) Capacitive steering angle sensor for motor vehicle - forms first capacitor group from electronics transmitter electrodes and scale receiver electrodes, and second capacitor group from scale transmitter electrodes and electronics receiver electrodes
DE10041090A1 (en) Method for self-calibration of a torsion angle measured by a torque and protractor
EP1556665A1 (en) Scanner head comprising a magnet and a hall element for use in a co-ordinate measuring device
CH697773B1 (en) Magnetic rotation angle sensor.
EP1260787A1 (en) Angle sensor with magnetoresistive sensing elements
DE3836508C2 (en)
EP2385353A1 (en) Magnetic encoder, in particular for use in a measurement system for measuring the absolute position of a body which can be pushed or rotated relative to a reference body and measurement system
DE4402319A1 (en) Measurement system for relative movement of oppositely movable bodies
DE102011109551A1 (en) Measuring system for contactless measurement of positions of magnetic element for motor, determines desired curve adapted to magnetization between north and south poles of magnetic elements with respect to reference element
DE102005055905A1 (en) Length measuring arrangement for use in e.g. vehicle position sensor, has encoder with magnetic field that symmetrically runs between arrangements, where field line run has variation with respect to measuring direction over measuring area
EP1920219A1 (en) Sensor array
EP1436633A1 (en) Encased measuring apparatus
DE9305385U1 (en) Arrangement for contact-free detection of the speed or position of a rotatable encoder part
DE102004009839A1 (en) Rotation angle sensor
DE102018106438A1 (en) Sensor arrangement with a Multipolencoder and rotary bearing with such a sensor arrangement
EP3645980A1 (en) Method and device for adjusting the position of a magnet relative to a gmr sensor
EP3913349A1 (en) Method for determining the load on a drive shaft

Legal Events

Date Code Title Description
OM8 Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
8139 Disposal/non-payment of the annual fee